Warping und Edge Blending

Warping ist die elektronische Geometriekorrektur über ein Gitter aus vielen Stützpunkten: Das Bild wird im Gerät so vorverzerrt, dass es nach der Projektion auf einer gekrümmten, gewölbten oder schräg getroffenen Fläche wieder in der richtigen Form steht. Edge Blending setzt mehrere Projektoren zu einem einzigen Bild zusammen, indem ihre Ränder sich überlappen und die Helligkeit beider Geräte in dieser Zone gegenläufig heruntergefahren wird. Barco nennt das Paar Warp and Blend, andere Hersteller anders — die Verfahren selbst gehören keinem.

Ausführliche Erklärung

Warping: mehr Stützpunkte als vier Ecken

Die einfachste Form der Geometriekorrektur zieht die vier Bildecken — das ist die Trapezkorrektur samt ihrer Eckenkorrektur. Sie kann nur Abbildungen erzeugen, bei denen gerade Linien gerade bleiben. Für eine ebene Fläche reicht das, denn eine ebene Fläche schräg zu treffen verzerrt ein Rechteck genau so.

Warping legt stattdessen ein Gitter über das Bild und erlaubt es, jeden Knotenpunkt einzeln zu verschieben. Zwischen den Knoten wird weich interpoliert, sodass auch gebogene Verläufe entstehen. Damit lassen sich Flächen bedienen, an denen die Vier-Eck-Korrektur scheitert: eine zylindrisch gekrümmte Breitbildleinwand, eine Kuppel, eine gewölbte Wand, eine Fassade mit Vor- und Rücksprüngen. Wie fein das Gitter sein darf, wie viele Knoten es hat und ob sich Kurven direkt eingeben lassen, ist eine Eigenschaft des jeweiligen Geräts oder Prozessors.

Was das Verfahren kostet, kostet jede Neuberechnung des Bildes, und zwar aus demselben Grund wie bei der Bildskalierung: Ein Punkt des Quellbildes landet nach der Verzerrung fast nie genau auf einem Punkt des Bildgebers, sondern zwischen zweien, und sein Wert wird aus den Nachbarn errechnet. Feine Strukturen verlieren dadurch an Definition — im ganzen Bild, auch dort, wo man die Verzerrung nicht sieht. Dazu kommt der Flächenverlust: Das vorverzerrte Bild muss in den Bildgeber hineinpassen, und je stärker verbogen wird, desto mehr Randfläche bleibt ungenutzt. Beim Warping fällt beides größer aus als bei der Trapezkorrektur, weil stärker und ungleichmäßiger verzerrt wird.

Und die Grenze bleibt dieselbe: Warping rechnet im Signal. Eine schiefe Schärfeebene, eine ungleiche Ausleuchtung und der Umstand, dass eine gekrümmte Fläche in ihrer Mitte einen anderen Abstand zum Objektiv hat als an den Rändern, sind optische Sachverhalte. Kein Gitter korrigiert sie.

Edge Blending: die Naht zwischen zwei Bildern

Ein Bild aus mehreren Projektoren entsteht in zwei Schritten, die zusammengehören.

Geometrisch müssen die Teilbilder deckungsgleich aneinanderstoßen. Das leistet das Warping: Jedes Gerät wird so entzerrt, dass sein Beitrag exakt an der vorgesehenen Stelle der Gesamtfläche liegt. Auf einer ebenen Fläche mit sauber ausgerichteten Geräten reicht dafür schon die Vier-Eck-Korrektur; sobald die Fläche gekrümmt ist oder die Geräte aus verschiedenen Winkeln werfen, geht es ohne Warping nicht. Deshalb sitzen beide Funktionen in Projektoren praktisch immer beieinander.

Photometrisch muss der Übergang unsichtbar werden. Dafür lässt man die Teilbilder um einen Streifen am Bildrand überlappen und fährt in diesem Streifen die Helligkeit des einen Geräts herunter, während die des anderen heraufkommt. Addieren sich beide Verläufe zu genau der Helligkeit, die außerhalb der Überlappung steht, ist die Naht weg. Weil weder das Auge noch die Wiedergabekette linear arbeiten, ist der Verlauf keine Gerade; die Blendkurve wird über eine Gammaeinstellung an die Kennlinie der Geräte angepasst, und diese Anpassung ist der Teil, an dem eine Einrichtung tatsächlich scheitern kann.

Warum die Naht im Schwarz sichtbar bleibt

Ein Projektor kann Schwarz nicht abschalten. Auch bei schwarzem Bild verlässt Restlicht das Objektiv, und daran scheitert im Heimkino der Schwarzwert. In der Überlappungszone treffen zwei Geräte aufeinander, und ihr Restlicht addiert sich — bei zwei baugleichen Projektoren also etwa die doppelte Grundhelligkeit. Herunterblenden hilft nicht: Die Blendkurve senkt den Bildinhalt, das Restlicht bleibt.

Sichtbar wird das als heller Balken im dunklen Bild, und er steht genau dort, wo die Naht unsichtbar sein sollte. Der übliche Ausweg heißt Anhebung des Schwarzpegels: Außerhalb der Überlappung wird das Schwarz künstlich auf dasselbe Niveau gehoben, sodass die Fläche wieder gleichmäßig aussieht. Das ist ein Handel, bei dem die gesamte Bildfläche auf den schlechtesten Wert gebracht wird, um eine Kante loszuwerden.

Für einen Simulator, ein Planetarium oder eine Medienfassade ist dieser Handel meist richtig, denn dort zählt die geschlossene Fläche mehr als das letzte Zehntel Kontrast. Für ein Heimkino ist er es selten, weil Kontrast und Schwarzwert dort das sind, wofür die Anlage überhaupt gebaut wurde.

Was im Mehrprojektor-Betrieb dazukommt

Drei weitere Punkte gehören zur Planung, sobald mehr als ein Gerät beteiligt ist:

• Farbe und Helligkeit müssen zueinander passen. Zwei Geräte desselben Typs streuen ab Werk leicht, und ihre Lichtquellen altern unterschiedlich schnell. Angeglichen wird über die Farb- und Helligkeitsregelung der Geräte, und dieser Abgleich hält nicht ewig; er gehört deshalb in den Wartungsplan.
• Der Bildtakt muss gemeinsam laufen. Zeigen zwei Projektoren dasselbe Vollbild zu leicht verschiedenen Zeitpunkten, zerreißt Bewegung an der Naht. Die Bindung an eine gemeinsame Referenz heißt Genlock.
• Die Mechanik darf nicht wandern. Eine Ausrichtung, die auf Bildpunkte genau stimmen muss, hält nur, wenn Halterung und Untergrund es zulassen. Temperaturgang und ein Deckenaufbau, der sich bewegt, machen aus einer perfekten Einrichtung binnen Wochen wieder eine sichtbare Naht.

Häufiges Missverständnis

„Zwei Projektoren nebeneinander geben doppelt so viel Licht" ist der verbreitetste Irrtum, und dahinter stecken zwei Aufbauten, die durcheinandergeraten sind. Beim Edge Blending steht jedes Gerät für seinen eigenen Bildausschnitt gerade; die Fläche verdoppelt sich mit der Lichtmenge, und die Helligkeit je Quadratmeter bleibt, wo sie war. Wer mehr Licht auf derselben Fläche will, stellt zwei Geräte deckungsgleich übereinander — das ist Stacking, ein anderer Aufbau mit anderen Problemen, allen voran dem doppelten Restlicht auf der ganzen Fläche statt nur im Nahtstreifen.

Der zweite Irrtum hält Warping für einen besseren Keystone. Beide verzerren vor, und beide zahlen mit Fläche und Schärfe — aber sie lösen verschiedene Aufgaben. Die Trapezkorrektur repariert eine Schrägstellung vor einer ebenen Fläche, und diese Schrägstellung ist fast immer ein vermeidbarer Montagefehler. Warping bedient eine Fläche, die tatsächlich nicht eben ist, und da hilft kein Umhängen. Deshalb ist die Trapezkorrektur im festen Heimkino ein Warnzeichen und Warping bei einer gekrümmten Leinwand die einzige Antwort.

Ein dritter Irrtum verschiebt die Reihenfolge. Weil Warping und Edge Blending im Projektor sitzen, wirken sie wie eine Einstellung neben Helligkeit und Schärfe. Sie sind aber die Folge einer Bauentscheidung über die Bildfläche und müssen deshalb feststehen, bevor die Leinwand bestellt wird.

Nicht zu verwechseln mit

• Trapezkorrektur: Der Vier-Eck-Fall auf ebener Fläche. Sie kann keine gebogenen Verläufe erzeugen — siehe Trapezkorrektur.
• Lens Shift: Der optische Bildversatz. Er verschiebt das Bild ohne jede Neuberechnung und ist bei ebener Fläche immer die bessere Lösung — siehe Lens Shift.
• Stacking: Zwei oder mehr Projektoren, die dasselbe Bild deckungsgleich übereinanderwerfen. Ziel ist Helligkeit, nicht Fläche; überblendet wird nichts.
• Anamorphe Projektion: Eine Vorsatzoptik dehnt das Bild in der Breite. Das ist Optik und kostet keine Bildpunkte — siehe Anamorphe Projektion.
• Bildskalierung: Sie passt die Punktzahl des Quellbildes an die des Bildgebers an. Warping ändert die Form, die Skalierung die Auflösung — siehe Bildskalierung.

In der Planung

Ein Bauherr wünscht sich eine 6 Meter breite, leicht zylindrisch gekrümmte Leinwand im Kellerkino. Der Integrator schlägt zwei Projektoren mit Überblendung vor, weil ein einzelnes Gerät die Fläche nicht hell genug ausleuchtet.

Vor der Gerätefrage steht die Konzeptfrage: Was soll die Krümmung leisten? Sie ist sinnvoll, wenn die Sitzreihen nah an der Bildfläche stehen und die Randbereiche sonst schräg gesehen würden. Sie ist ein Selbstzweck, wenn sie aus einem Kinofoto stammt. Steht sie aus gutem Grund fest, ist Warping gesetzt und keine Option mehr — eine flache Leinwand wäre die einzige Alternative, und die ist damit ausgeschlossen.

Dann das Verfahren, und hier stellt sich die Helligkeitsfrage neu. Bevor zwei Geräte überblendet werden, gehört durchgerechnet, ob ein einzelner lichtstärkerer Projektor die Fläche schafft. Der Vergleich läuft über die benötigte Leuchtdichte auf der Fläche, das Projektionsverhältnis und den Gain der Leinwand; wie belastbar die Helligkeitsangabe eines Geräts dabei ist, steht bei den Helligkeitsangaben. Ein Gerät mehr bedeutet nämlich nicht nur Anschaffung und Montage, sondern die angehobene Schwarzfläche über das ganze Bild — der teuerste Posten in diesem Aufbau, und er steht in keinem Angebot.

Ganz zum Schluss stehen die Geräte an. Dem Datenblatt ist mit einem Häkchen bei „Warp and Blend" wenig gesagt; brauchbar sind die Auflösung des Gitters, die Anpassbarkeit der Blendkurve an das Gamma und die Frage, ob die Geräte einen gemeinsamen Bildtakt annehmen. Ob die Rechenarbeit dabei im Projektor sitzt oder in einem externen Videoprozessor, ist eine Frage der verfügbaren Werkzeuge und der Bildwege — an den Kosten in Fläche und Schärfe ändert der Ort nichts.

Verknüpfte Inhalte

Der einfache Fall der Geometriekorrektur steht bei der Trapezkorrektur, der optische Gegenentwurf beim Lens Shift. Warum jede Neuberechnung Schärfe kostet, erklärt die Bildskalierung. Wie schwer das addierte Restlicht wiegt, lässt sich am Schwarzwert und am Kontrastverhältnis ablesen; wie viel Licht die Fläche überhaupt braucht, an Projektionsverhältnis und Leinwand-Gain. Den gemeinsamen Bildtakt behandelt Genlock, die Gerätefrage der externe Videoprozessor.

Quellen

Das Stützpunktgitter und seine Bedienung über verschiebbare Knotenpunkte beschreibt die Geometrie-Dokumentation von Panasonic Connect. Dass der Verlauf in der Überblendung über eine Gammaeinstellung geregelt wird, steht im Handbuch des Christie-Blending-Werkzeugs; dass die Überlappungszone anders aussieht als die übrige Fläche und über eine eigene Schwarzwert-Einstellung angeglichen wird, in Epsons Bedienungsanleitung. Die Kosten in Fläche und Schärfe folgen den bereits geführten Erklärungen zu Trapezkorrektur und Bildskalierung.